牛顿第一定律（讲义）

第四章 运动和力的关系4.1牛顿第一定律情境导入日常生活中我们常看到这样的情境：当推车时，推车的人越多，推力越大，车的速度改变就越快；相同推力下，若汽车是空车，则比满载时速度改变快。可见汽车获得的加速度与其质量和所受外力有关，那么加速度与力、质量具体满足怎样的关系呢?知识点一、伽利略理想斜面实验☆☆历史上对力和运动关系的认识（1）亚里士多德观点运动分为自然运动和受迫运动。前者中是说轻的物体向上运动，重的物体向下运动，这样的运动无须外力的帮助，它自身就能实现；后者是说地面上的物体必须依靠外力的不断作用才能维持，外力一旦消失，运动也就停止了。（2）伽利略观点在地面上运动的物体之所以会停下来，是因为摩擦力的缘故。如果没有任何阻力，物体就会永远运动下去，从而否定了亚里士多德关于运动和力关系的错误认识。（3）笛卡尔的贡献与伽利略同时代的物理学家、数学家、哲学家笛卡尔进一步完善了伽利略的观点，指出：不受其他物体作用时，原来运动的物体将会做匀速直线运动。伽利略理想斜面实验的方法和意义【实验情景】如图所示，让小球沿一个斜面从静止滚下，小球将滚上另一个斜面；推论1：如果没有摩擦力，小球将上升到相同的高度；推论2：减小第二个斜面的倾角，小球通过更长的路程，仍然到达相同的高度；推论3：减小第二个斜面的倾角，最终使它水平，小球再也达不到原来的高度，将沿水平面一直运动下去【实验结论】力不是维持物体运动状态的原因【实验意义】①伽利略用“实验+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点；②第一次确定了物理实验在研究过程中的基层地位；③揭示了力不是维持物体运动状态的原因。【典例1】伽利略对“运动和力的关系”和“自由落体运动”的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图甲、图乙分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法中正确的是（

）A．图甲的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出力是改变物体运动的原因B．图甲中的实验，可以在实验室中真实呈现C．图乙中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易D．图乙通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动【答案】C【详解】A．图甲的实验为伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合得出力是改变物体运动的原因，故A错误；B．实验室不存在没有阻力的的斜面，图甲中的实验，无法在实验室中真实呈现，故B错误；C．图乙中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易，故C正确；D．图乙通过对自由落体运动的研究，通过抽象思维在实验结果上合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动，故D错误。故选C。【变式】伽利略对运动的研究，不仅确立了许多用于描述运动的基本概念而且创立了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法，这套科学方法包含以下几个环节，其中排序最合理的是（）①运用数学推理

②合理外推

③对现象的一般观察

④提出猜想

⑤通过实验对推理进行验证

⑥推广应用A．④②③①⑤⑥ B．③④①⑤②⑥ C．③④②①⑤⑥ D．④③①②⑤⑥【答案】B【详解】这套科学方法包含以下几个环节，对现象的一般观察，提出猜想，运用数学推理，通过实验对推理进行验证，合理外推，推广应用。故选B。知识点二、牛顿第一定律惯性☆☆1．牛顿第一定律的内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。2.对牛顿第一定律的理解牛顿第一定律的含义提出惯性的概念。物体保持静止或匀速直线运动状态的的性质，叫做惯性。揭示了力与运动的关系。力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因；物体不受外力时保存原来的运动状态，可以把“不受外力”拓展延伸为“所受外力的合力为0”注意事项牛顿第一定律源于伽利略的理想斜面实验，不是实验定律牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想实验的基础上科学推理出来的，在实践中时正确的牛顿第一定律是普遍规律，适用于一切物体【典例2】关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（

）A．牛顿第一定律是在伽利略、笛卡儿等工作的基础上总结出来的B．不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一定律的建立毫无意义C．牛顿第一定律表明，物体只有在不受外力作用时才具有惯性D．牛顿第一定律表明，物体不受外力作用时，速度可以发生改变【答案】A【详解】A．牛顿第一定律是在伽利略、笛卡儿等前人工作的基础上归纳总结出来的，故A正确；B．实际中，若物体受平衡力，合力为0，相当于不受力，牛顿第一定律给出了力与运动的关系，故B错误；C．牛顿第一定律表明物体具有保持原来速度不变的性质，即惯性，惯性的大小与物体的受力情况和运动情况无关，故C错误；D．惯性的大小与物体的受力情况和运动情况无关，任何物体在任何情况下都具有惯性，故D错误。故选A。【变式】为了增强中学生的身体素质，某学校的体育测试增设了铅球项目，在某次投掷铅球的过程中，下列说法正确的是（

）A．铅球一直受到平衡力的作用B．手对铅球的力大于铅球对手的力C．铅球离开后会继续向前运动，是因为铅球具有惯性；铅球最终停下来，惯性消失D．铅球在空中运动时，如果受到的力全部消失，它将做匀速直线运动【答案】D【详解】A．掷铅球的过程中，铅球运动的速度和方向不断发生变化，受非平衡力的作用，故A错误；B．手对铅球的力等于铅球对手的力，故B错误；C．投掷铅球时，铅球离开手后继续向前运动是由于铅球具有惯性，铅球最终停下来，仍然具有惯性，故C错误；D．根据牛顿第一定律可知，铅球在空中运动时，如果受到的力全部消失，它将做匀速直线运动，故D正确。故选D。知识点三、惯性与质量☆☆定义：物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。牛顿第一定律也称为惯性定律。惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，物体的运动不需要力来维持。3．惯性大小的量度（1）理想化抽象：惯性定律是理想化抽象思维的产物，是无法直接用实验严格验证的。但它反映了自然界的规律和本质。（2）惯性的量度：质量是惯性大小的唯一量度，与物体是否运动和物体的速度无关。【典例3】关于惯性，下列说法中正确的是（）A．物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性B．羽毛球可以快速拍打，是因为羽毛球的惯性小的缘故C．同一汽车，速度越快，越难刹车，说明物体速度越大，惯性越大D．月球上的重力加速度是地球上的，则一个物体从地球移到月球惯性减小为【答案】B【详解】惯性是物体本身的一种性质，惯性的大小只与物体的质量有关，与物体的运动状态无关，羽毛球可以快速拍打，是因为羽毛球的质量小，惯性小的缘故。故选B。【变式】近几年庐江县经济高速发展，私家车数量不断增加，县交管部门出于安全性的考虑，加大了对乘客系安全带的管理力度。出于对生命安全考虑，同学们即使在后排乘坐，也需要规范系好安全带。关于安全带的作用，下列说法中正确的是（）A．系好安全带可以减小人的惯性 B．系好安全带可以减小车的惯性C．系好安全带可以防止因为惯性对车造成的伤害 D．系好安全带可以防止因为惯性对人造成的伤害【答案】D【详解】AB．惯性大小与物体质量有关，系好安全带不能减小惯性，故AB错误；CD．系好安全带可以防止因为惯性对人造成的伤害，故C错误，D正确。故选D。题型一：对力和运动关系的理解【典例4】如图所示，下列描述不正确的是（）A．甲图中跳远起跳时地面对人的作用力大小等于人对地面的作用力大小B．乙图中杯子处于静止状态，若手握杯子的力越大，则杯子受到的摩擦力越大C．丙图中铅球被抛出后可以继续向前飞，是因为铅球具有惯性D．丁图中大桥的引桥造得很长，是为了减小汽车重力沿桥面方向的分力，从而使汽车上桥更容易【答案】B【详解】A．根据牛顿第三定律，甲图中跳远起跳时地面对人的作用力大小等于人对地面的作用力大小，故A正确；B．乙图中杯子处于静止状态，杯子受到的重力等于摩擦力，若手握杯子的力越大，杯子受到的摩擦力不变，故B错误；C．丙图中铅球被抛出后可以继续向前飞，是因为铅球具有惯性，故C正确；D．丁图中大桥的引桥造得很长，则倾斜角越小，则汽车重力沿桥面方向的分力越小，从而使汽车上桥更容易，故D正确。本题选不正确的，故选B。【变式】学完第九章“力与运动”后，小芳进行知识梳理。如图所示，是她整理的知识树形结构图，图中的①②③④处依次填写的内容是（）A．匀速圆周运动、匀速直线运动、受力不平衡、不受力B．匀速直线运动、运动方向改变、不受力、受力不平衡C．匀速直线运动、运动状态改变、不受力、受力不平衡D．匀速圆周运动、运动方向改变、受力不平衡、不受力【答案】B【详解】物体运动状态不变，则物体处于静止或匀速直线运动状态，此时物体受合外力为零或者不受力，即①为匀速直线运动，③为不受力；运动状态改变指的是物体的速度大小变化，或者方向变化，此时物体受力不平衡，则②为运动方向改变；④为受力不平衡。故选B。题型二：应用牛顿第一定律分析问题【典例5】“复兴号”动车在某段水平轨道上匀速行驶，高铁车厢窗台上放着一只盛满水的纸杯。若突然发现纸杯中的水向前洒出，试判断此时高铁的运动状态，并简要阐述判断依据。【答案】高铁减速，分析见解析【详解】高铁匀速运动时，水也匀速运动，水的速度与高铁速度相等，水不会从杯子中洒出，当高铁突然减速时，由于惯性，杯中的水还没有来得及减速，此时水向前的速度大于高铁速度，水向前洒出。【变式】佳琪同学在乘坐公交车时，遭遇了如图所示的情况。报纸对此事进行了相关报道。本报讯今天清晨6：30，21路公交车在行驶途中遇险，司机紧急刹车，有三名站在后排的乘客由于突然刹车失去惯性向前急冲而受伤……请你根据所学知识回答下列问题。（1）分析此时公交车的运动状态，并解释产生此现象的原因。（2）指出这则报道中的错误之处。【答案】（1）惯性；（2）突然刹车失去惯性【详解】（1）人体前倾，当车突然刹车减速或向后倒车时，人的下半身随车一起运动状态发生改变，人的上半身因为惯性保持原来的运动状态而身体前倾，公交车的运动状态是：公交车突然刹车或突然减速；报道所指现象的原因是：惯性。（2）当公交车突然刹车时，公交车和乘客的脚同时受到阻力的作用而停止运动，而乘客的上半身因为惯性继续保持向前的运动状态而向前倾倒；惯性是物体的固有属性，取决于物体的质量，与物体的运动状态无关，报道中的“突然失去惯性”说法是错误的。题型三：对惯性概念的理解【典例6】如图所示，一较高木块在小车上和小车一起做匀速直线运动，当小车碰到一障碍物的瞬间（设小车碰后立即停下），则：（1）若小车上表面粗糙，则木块将如何运动？（2）若小车上表面光滑，则木块将如何运动？【答案】（1）木块将向右倾倒；（2）木块将向右做匀速直线运动【详解】（1）当小车遇到障碍物时，小车将停下。如果上表面粗糙，则木块上部由于惯性将继续前进向右运动，木块下部虽然也要继续向右运动，但下部受到一个向左的摩擦力，使得下部的运动状态发生改变，很快停止，故此时木块将向右倾倒。（2）当小车遇到障碍